Вход

Генная мутация

Реферат по биологии
Дата добавления: 13 ноября 2007
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 781 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
ГЕННЫЕ МУТА ЦИИ Генные мутации выражаются в изменении структуры отдельны х участков ДНК. По своим механизмам и последствиям генные мутации делятся на две группы : мутации без сдвига рамки считывания и мутации со сдвигом рамки считыва ния. Мутации без сдвига рамки считывания происходят в результате замены нук леотидных пар, при этом общая длина ДНК не изменяется. В результате возмо жна замена аминокислот, однако из-за вырожденности генетического кода в озможно и сохранение структуры белка. Пример 1. Замена аминокислотного остатка в составе полипептида (миссенс – мутации). В состав молекулы гемоглобина человека входят две a– цепи (a– цепь закодирована в 16-ой хромосоме) и две b– цепи (b– цепь закодирована в 11-о й хромосоме). В состав b– цепи входит 146 аминокислотных остатков, при этом в нормальной b– цепи шестым аминокислотным остатком является глутаминов ая кислота. С участием нормальной b– цепи образуется нормальный гемогло бин – HbA. В нетранскрибируемой нити участка ДНК, кодирующего b– цепь, глут аминовая кислота закодирована триплетом ГАА. Если же в результате мутац ии в ДНК произойдет замена триплета ГАА на триплет ГТА, то на месте глутам иновой кислоты в молекуле гемоглобина в соответствии с генетическим ко дом появится валин. В итоге вместо гемоглобина HbA появится новый гемоглоб ин – HbS. Такая замена всего лишь одного нуклеотида и одной аминокислоты п риводит к развитию тяжелого заболевания – серповидноклеточной анемии . На клеточном уровне эта болезнь проявляется в том, что эритроциты приобр етают форму серпа и теряют способность к нормальному транспорту кислор ода. Гомозиготы HbS/HbS умирают в раннем детстве. Зато гетерозиготы HbA/HbS характе ризуются слабо измененными эритроцитами. При этом изменение формы эрит роцитов значительно повышает устойчивость гетерозигот к малярии. Поэт ому в тех регионах Земли, где свирепствует малярия (например, в Африке), от бор действовал в пользу гетерозигот. Таким образом, серповидноклеточна я анемия – это пример относительности «полезности» и «вредности» мута ций. Пример 2. Мутация без замены аминокислотного остатка в составе полипепти да (сеймсенс– мутации). Если в нетранскрибируемой нити участка ДНК кодир ующего b– цепь гемоглобина, произойдет замена триплета ГАА на триплет ГА Г, то из-за избыточности генетического кода замены глутаминовой кислоты не произойдет. В итоге структура b– цепи гемоглобина не изменится, и в эри троцитах будет обнаруживаться только нормальный гемоглобин HbA. Таким об разом, вовсе не любая генная мутация проявляется в фенотипе. Особую группу образуют ликовые мутации, в результате которых происходи т незначительное изменение характеристик конечного продукта. Это связ ано с заменой аминокислотных остатков в пассивной части белка: такие зам ены не оказывают существенного влияния на структуру и функции белка. Мутации со сдвигом рамки считывания (фреймшифты) происходят в результат е вставки или потери нуклеотидных пар, при этом общая длина ДНК изменяет ся. В результате происходит полное изменение структуры белка. Мутации со сдвигом рамки считывания составл яют ~ 80% от всех генных мутаций. Вставки иначе называются инсерциями, а поте ри – эксцизиями. Процесс образования вставок называется инсерционным мутагенезом. Инсерционный мутагенез необходимо учитывать в генной инж енерии. Нонсенс– мутации. Особую группу генных мутаций составляют нонсенс– му тации с появлением стоп– кодонов. Нонсенс– мутации могут возникать ка к вследствие замен нуклеотидных пар, так и с потерями или вставками. С поя вление стоп– кодонов синтез полипептида вообще обрывается. В результа те могут возникать нуль– аллели, которым не соответствует ни один белок. Кроме того, мутация в одном гене может подавлять мутации, происходящие в других (неаллельных) генах. Это явление называется межгенной супрессией . Дополнения Дополнение 1. Существуют особые мутации, влияющие на экспре ссию генов у эукариот 1. Мутации, изменяющие степень компактизации ДНК. В гигантских политенны х хромосомах и в хромосомах типа ламповых щеток описаны мутации, инактив ирующие ген, расположенный в каком-либо одном участке ДНК, т.е. блокирующи е декомпактизацию хроматина. Скрещивание гетерозигот по таким регулят орным мутациям в F2 дает расщепление , указывая на то, что они затрагивают единичные менделирующие факторы. 2. Гомеозисные мутации. Изменяют порядок экспрессии генов. Фенотипически й эффект гомеозисных мутаций заключается в превращении одних органов в другие. Например, у мушки Дрозофилы мутация группы bithorax, контролирующих ра звитие грудных и брюшных сегментов у дрозофилы, может приводить к появле нию крылоподобных образований вместо галтеров; мутации группы antennapedia выра жаются в том, что у насекомых на месте антенн вырастают ножки; мутации ophthalmoptera – развитие крыла из имагинального диска глаза; мутации proboscipedia – разв итие ноги или части антенны (в зависимости от температуры) вместо хоботк а; у мутантов tumorous head ткани головы замещаются другими типами тканей, включая структуры, характерные для гениталий. Дополнение 2. Некоторые мутации обладают плейотропным действием, т.е. при водят к изменению сразу нескольких признаков. Пример 1. Ароматические аминокислоты – триптофан, фенилаланин, тирозин – образуются из хоризмовой кислоты. Если некоторая мутация заблокируе т хотя бы один этап синтеза хоризмовой кислоты, то клетка (организм) утрач ивает способность к синтезу сразу трех аминокислот. Пример 2. Один и тот же фермент (трансаминаза) контролирует синтез валина ( из б– кетоизовалериановой кислоты) и изол ейцина (из б– кето– в– метилвалериановой кислоты). Если некоторая мутация наруши т функции этого фермента, то клетка (организм) утрачивает способность к с интезу сразу двух аминокислот. Методы выявления генных мутаций Сложность выявления генных мутаций связана, во-первых, с ре цессивностью большинства мутаций (вероятность их фенотипического проя вления ничтожно мала), а во вторых с летальностью многих из них (мутанты не выживают). Все множество методов выявления генных мутаций можно разделить на две г руппы: методы генетического анализа и биохимические методы. 1. Методы генетического анализа основаны на скрещивании возможных носит елей мутации с тестерными линиями (линиями-анализаторами). Самый простой метод – это скрещивание носителей предполагаемой мутации с соответст вующей рецессивно-гомозиготной линией, т.е. обычное анализирующее скрещ ивание. Однако этот метод не позволяет выявить неизвестные мутации, а также лета льные мутации. Поэтому создаются специальные тестерные линии для учета летальных мутаций. Методы выявления летальных мутаций Например, у мушки дрозофилы синтезирована тестерная лини я М– 5 (Мёллер– 5), которая характеризуется особой структурой X– хромосом у самок. В этих хромосомах имеются аллели с определенным фенотипическим проявлением (доминантный аллель B – полосковидные глаза; рецессивный а ллель wa – абрикосовые глаза; кроме того, имеется еще один аллель – sc, конт ролирующий отсутствие щетинок, но он в анализе обычно не учитывается). В х ромосомах М– 5 изменен порядок генов: имеется одна большая инверсия и од на малая, расположенная внутри большой (инверсии будут рассмотрены ниже ); такое строение хромосом исключает появление кроссоверных особей при с крещивании мушек М– 5 с другими линиями. Для выявления мутаций используются самцы дикого типа – с нормальными X – хромосомами (аллели В+ и w+ – нормальные красные глаза, sc+ – нормальные щ етинки; нормальный порядок генов). Эти самцы подвергаются обработке мута генами (факторами, повышающими частоту мутаций). В результате в их половы х клетках часть X– хромосом мутирует, т.е. в них возникают мутации. Обработ анные самцы скрещиваются с самками М– 5. В первом поколении (F1) все самки им еют полосковидные темно-красные глаза, а самцы – абрикосовые полоскови дные глаза. Кроме того, часть самок получает от отцов по нормальный X– хро мосоме, а часть – по мутантной X– хромосоме. Все самцы получают от матере й М– 5 только немутантные хромосомы с аллелями В и wa. В F1 рецессивные мутаци и у самок, даже если они есть, не дают летального эффекта, поскольку они на ходятся в гетерозиготном состоянии: мутантная X– хромосома дикого типа от отца сочетается с немутантной М– 5– хромосомой от матери. Затем гибриды первого поколения скрещиваются между собой, и потомство к аждой самки выращивается отдельно. Часть самок несет немутантную X– хро мосому дикого типа, и в их потомстве обнаруживаются немутантные самцы ди кого типа. Однако некоторая часть самок несет мутантную X– хромосому дик ого типа с летальной мутацией; соответственно их сыновья, получившие так ие хромосомы, не выживают, и самцы дикого типа в потомстве самок– носите льниц не обнаруживаются. Ниже приведены схемы скрещивания, иллюстрирую щие принцип использования метода Мёллер– 5 (символом l обозначены леталь ные мутации). В настоящее время, кроме тестерной линии М– 5 используются и другие тестерные лини мушек дрозофил и других модельных объектов. Напр имер, существуют тест-системы, позволяющие выявлять мутации X-хромосомах самцов в первом же поколении, а также мутации в аутосомах. Применение эти х линий позволяет изучать закономерности мутационного процесса, однак о классический генетический анализ далеко не всегда можно использоват ь для выявления мутаций в популяциях человека и многих других организмо в. 2. Биохимически е методы выявления мутаций исключительно р азнообразны и основаны на применении разли чных методик. а). Методики, основанные на выявлении определенных биохими ческих продуктов мутантных генов. Легче всего выявлять мутации по измен ению активности ферментов или по утрате какого-либо биохимического при знака. Например, у микроорганизмов на селективных питательных средах вы являются ауксотрофные формы, не способные синтезировать определенные вещества (по сравнению с нормальными, прототрофными формами ). б). Методики, основанные на непосредственном выявле нии измененных нуклеиновых кислот и белков с помощью гель-электрофорез а в сочетании с другими методиками (блот-гибридизации, авторадиографии).
© Рефератбанк, 2002 - 2017